こんにちは、早速春一番に当って大変だったコロ助です（笑）
春は本当に離着陸時に気流が悪い日があるので怖いです。
先日知り合いに「何で飛行機はあんな高いところを飛行するの？低いところじゃだめなの？」と聞かれたので、口だけでは伝えづらい部分を含めて解説していこうと思います。
大型機の飛行高度
一般的に高高度とはどのくらいの高さを言っているのかを始めに知っておきましょう。
広辞苑などでしっかりと定義されているわけでもないですし、パイロットの中でもいくつかの意見があると思いますが、一般的に大型機は上空10,000m以上(約30,000ft)を飛行高度としていることが多く、大きくなればなるほどその高度は上がっていきます。
しかしコロ助的には29,000ft以降若しくは10,000ft以降を高高度として捉えています。
というのも、10,000ft以降は機内与圧が必要とされる高度であるということと、29,000ft以降は特別な方式による航行とみなされるRVSM空域に入るからです。
ちなみに戦闘機などはもっと高い高度を飛行しているときもあります。
高高度を飛行する理由①：燃費効率が劇的に向上する
航空機エンジンはジェットエンジンと呼ばれ、周囲の空気を内部に取り込み燃焼させて推進力を生み出します。
ここで重要なのは、「空気の密度」です。
- 地上付近では空気密度が高く、空気抵抗が大きい
- 高高度では空気が薄くなり、抵抗が小さい
つまり 空気抵抗が減る＝燃料消費が抑えられる ということです。
同じ速度で飛行する場合、高高度のほうが燃費が良くなるので、長距離フライトでは特にメリットが大きいのです。
小さい頃に習ったように、空気というのは上に行くほど一定高度まで指数関数的に密度が低くなります。
そのため低高度では凄まじい抵抗となる空気抵抗が高高度では小さくなります。
高高度ほど空気抵抗が小さくなれば、高高度で同じ速度を出すために燃焼する燃料量が小さくなるのは当然ですよね。
高高度を飛行する理由②：航空路・交通の効率化
お客様を乗せて飛ぶ大型機は基本的に計器飛行方式といった、管制官からの指示を受けてある程度天気が悪くても飛行できるようになっています。
そのときに、空港ごとに出発経路が決められていて障害物や他の航空機の飛行経路と重なったりする関係で、一定高度以上で通過するように定められている地点があります。
また航空路にはMEAと呼ばれる、障害物からの間隔や管制官との通信を維持するための最低高度が定められています。
MEAが高い経路では20,000ftを超えるところも少なくありません。
他にも低高度は個人で使用している小型機が飛行していたり、自衛隊が訓練していたりと交通量が増えるので大型機がわざわざ低高度を飛行することはほぼありません。
高高度には次のような利点があります：
✔ 他の航空機とぶつからないようにする空間の確保
✔ 地上障害物のリスクを大幅に減らせる
✔ 航空管制（管制官による traffic control）が効率的に行える
これにより渋滞の少ない“専用レーン”を飛べるので、時間・燃料のロスを減らすことができます。
なぜもっと高く飛べないのか？その限界とは
結論から言うとダメです。
その理由としては、飛行機のエンジン性能と与圧機能と揚力の維持が主になります。
1. エンジン性能の限界
空気が薄くなると、ジェットエンジンが取り込める酸素が減ります。
これは「出力低下＝推力不足」につながるため、ある高度以上では十分な飛行性能が保てません。
2. 機内与圧の限界
高度が高くなると機内外の気圧差が大きくなり、客室を適切に加圧する必要があります。
機体設計上、この与圧維持能力には限界があります
３．揚力の維持
飛行機は基本的にベルヌーイの定理に従って飛行しており、飛行機が飛行するために必要な揚力には一定以上の速度(圧力)が必要になります。
空気密度が小さいということは、飛行機に対する空気の圧力は低下しています、より高速で飛行しなければなりません。
しかし音速に近づくと、音速の壁と呼ばれる衝撃波が発生し一気に抵抗が強くなるという現象が発生します。
そのため飛行機は音速以上に速く飛行することができないのと遅すぎると揚力の維持ができなくなり、さらに高高度へは行けないのです。
このギリギリの領域を「coffin corner」と呼んでいます。
映画トップガンでこのワードが出てきましたが理解できた人はかなり少なかったのではないでしょうか。
飛行機が高い高度を飛行する理由まとめ
飛行機が高い高度を飛ぶのは、燃費・安全性・航空管制効率 といった科学的・運用的な理由があるからです。
ただし、機体性能や大気の性質が影響して、無制限に高く飛べるわけではありません。
もし飛行機の飛行高度についてよく分からなかった点があれば、ぜひコメントやSNSで質問してくださいね。
コロ助も大学時代に勉強した内容だったので、今自分で言語化してみるとかなり理解が深まった気がしています。
しかしパイロットはそこまで深く航空力学を勉強しているわけではないので、もしご指摘等あれば教えてもらえると幸いです。
自分では意外と腑に落ちて理解できている気がしています（笑）
他にも飛行機に関する記事を書いていますので見てもらえると幸いです。
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